JPH05231792A - 積層形熱交換器 - Google Patents

積層形熱交換器

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JPH05231792A
JPH05231792A JP132592A JP132592A JPH05231792A JP H05231792 A JPH05231792 A JP H05231792A JP 132592 A JP132592 A JP 132592A JP 132592 A JP132592 A JP 132592A JP H05231792 A JPH05231792 A JP H05231792A
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JP
Japan
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fin
heat transfer
refrigerant
pitch
flow
Prior art date
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Pending
Application number
JP132592A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Kudo
光夫 工藤
Toshihiko Fukushima
敏彦 福島
Yuichi Kitahara
雄一 北原
Masakazu Watanabe
正和 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH05231792A publication Critical patent/JPH05231792A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】冷媒流路2内にインナーフィン3が介挿固着さ
れた偏平伝熱管1を多数積層してなる積層形熱交換器に
於いて、インナーフィン3は流れに直角方向には所定の
ピッチで波形に折り曲げ成形された複数個のフィン要素
30からなり、フィン要素30を流れ方向に沿って相互
に略半ピッチずつ位置をずらす様に構成し、インナーフ
ィン3の表面を粗面加工した。 【効果】インナーフィン表面の濡れ性が改善され、液冷
媒からなる液膜がフィン表面に沿って拡がり易くなる。
したがって、従来とは違って熱負荷の高い伝熱管内にお
けるインナーフィン要素前縁部での壁面の乾きが阻止さ
れ、沸騰熱伝達率の大幅な向上が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は空調機等に用いられる積
層形熱交換器に係り、特に、カーエアコン用蒸発器とし
て好適な積層熱形交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、冷媒流路内にオフセットフィン形
のインサートフィンを配置した偏平伝熱管を用いた蒸発
器は、特開昭61−295494号に記載のように、一対の伝熱
管板の冷媒流路内にオフセットフィン形のインサートフ
ィンを配置した偏平伝熱管と被冷却空気側伝熱フィンと
を交互に多数積層し、冷媒流路の両端部には隣接する伝
熱管を相互に連通させるように冷媒入口,出口タンク部
が設けられた構造となっている。入口タンク部を介して
冷媒流路内に分岐流入した気液2相冷媒は、空気との熱
交換によって液冷媒が蒸発しながら出口に向って空気流
と直交して流れ、出口タンク部では全て気相冷媒となっ
て再び合流し外部に流出する。
【0003】液冷媒が蒸発するとき伝熱管内の冷媒の蒸
発温度はほぼ一定に保たれているが、管外を流れる空気
の温度は流入側で最も高く下流側に向かって低下するの
で、空気と冷媒との温度差、すなわち、熱交換量は空気
上流側が大きい。このため空気上流側に位置し熱負荷が
大きい部位内のインナーフィン壁面に於いては、特に前
縁効果によって熱伝達率が大きくなるフィン要素の前縁
部において蒸発が促進される。
【0004】しかし、従来の蒸発器ではフィン壁面の濡
れ性については考慮されていないので、冷凍機油の混入
により表面張力が大きくなり濡れ性が悪くなった液冷媒
からなる液膜が切れてフィン壁面が乾いたり、壁面と液
冷媒との間に気相冷媒の膜が形成されたりし、本来は高
い熱伝達率となるべきフィン要素前縁部に於いて沸騰熱
伝達率が悪くなって冷房能力が低下するという問題があ
った。
【0005】これに対して実開平2−69281号公報では、
伝熱管流路内に、波形に成形したプレーン型の、フィン
表面に微細突起や溝を設けたインナーフィンを配置して
伝熱性能の向上を図ることが開示されている。ところ
が、この場合には冷媒流れ方向に沿うフィン壁面が連続
してしてるので、液冷媒の蒸発に伴って冷媒中に混入し
ている冷凍機油が油膜となってフィン壁面に形成され、
この油膜が流れ方向に沿って次第に発達してフィン表面
の微細突起や溝を埋めてしまい熱伝達率が低下するとい
う問題や、油膜によって流路が閉塞されて通路抵抗が増
大するという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、オ
フセットフィン型のインナーフィン表面の濡れ性につい
ては考慮されていないので、フィン前縁部で液冷媒から
なる液膜が破断され本来は高い熱伝達率となるべきフィ
ン要素前縁部に於いて伝熱壁面が乾いてしまい、沸騰熱
伝達率が悪くなって冷房能力が低下するという問題があ
った。また、他の従来技術ではフィン表面に微細突起や
溝を設けたインナーフィンの冷媒流れ方向に沿うフィン
壁面が連続してしてるので、フィン表面に形成された油
膜が流れ方向に発達し熱伝達率の低下や流路抵抗の増大
といった問題があった。
【0007】本発明の目的は、これらの問題を解決でき
る高性能な積層形熱交換器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は中間部に流路仕切り用の突起リブを残して
U字形冷媒流路となるべきくぼみ部とこれに連なる入
口,出口タンク部を押し出し成形した伝熱管板を2枚組
み合わせて形成されるU字形の冷媒流路内にインナーフ
ィンが介挿固着された偏平伝熱管を、前記偏平伝熱管の
入口,出口タンク部がそれぞれ連通するように多数積層
してなる積層形熱交換器に於いて、前記インナーフィン
は、流れに直角方向には所定のピッチで波形に折り曲げ
成形された複数個のフィン要素からなり、前記フィン要
素を流れ方向に沿って相互に略半ピッチずつ位置をずら
す様に構成し、前記インナーフィンの表面を粗面加工し
たものである。
【0009】
【作用】本発明は、粗面加工した壁面では粗面効果によ
って濡れ性が改善され液膜の拡がりが良くなるという濡
れ現象に着目してなされたものである。上記のようにオ
フセットフィン形のインサートフィンのフィン表面を粗
面加工しているのでフィン表面の濡れ性が改善され、液
冷媒からなる液膜がフィン表面に沿って拡がり易くな
る。したがって、従来とは違って熱負荷の高い伝熱管内
におけるインナーフィン要素の前縁部でのフィン表面上
の液膜の破断による壁面の乾きが阻止され、高い熱伝達
率が発揮できる。
【0010】また冷媒流れ方向に沿うフィン壁面が断続
して形成されているので、液冷媒の蒸発に伴ってフィン
壁面に形成される油膜が分断されて発達しないので、粗
面効果によるフィン表面の濡れ性が確保できるととも
に、油膜の発達による流路抵抗の増大などの問題を生じ
ることはない。
【0011】
【実施例】以下本発明の一実施例を図1〜図4により説
明する。
【0012】図1は本発明に係る積層形熱交換器の斜視
図、図2は偏平伝熱管板1a,1bの斜視図、図3はイ
ンナーフィン3の要部の斜視図、図4はインナーフィン
3のフィン素材平板の表面粗さ測定結果の説明図を示
す。
【0013】図1に於いて本発明に係る積層形熱交換器
は、図2に示す伝熱管板1a,1bを組合わせて形成さ
れるU字形冷媒流路2内にインナーフィン3を介挿固着
して形成された偏平伝熱管1を、入口タンク部4,出口
タンク部5が各々連通孔a,bを介して連通するように
多数積層し、隣接する偏平管の間にできる空間部に被冷
却空気側伝熱フィン8を介挿固着し、左右両端に位置す
る偏平管にはサイドフィン8aを介してサイドプレート
9を固着した構造となっている。図6において被冷却空
気Aの下流側に位置する入口ヘッダタンク4aには入口
パイプ10が、上流側に位置する出口ヘッダタンク5b
には出口パイプ11がそれぞれ接続されている。
【0014】伝熱管板1a,1bは、図2に示すように
密閉された流路を形成するための接合リブ部40を素材
平板の全周にわたって残して冷媒流路となるべきU字形
くぼみ部2を押し出し、さらにこれより深く入口タンク
部4,出口タンク部5を押し出し成形されている。U字
形流路の中間部には接合リブ40に連なる流路仕切り部
6が設けられている。U字形流路の入口,出口タンク部
にはそれぞれ連通孔a,bが打ち抜かれており、反タン
ク側端部には、積層して組立てたとき偏平伝熱管1の間
隔を保持するための折り返し部7が設けられている。
【0015】インナーフィン3は、図3に示すように、
冷媒流れ方向の長さがlで、流れに直角方向にはフィン
ピッチPで波形に折り曲げ成形された複数個のフィン要
素30からなり、このフィン要素を流れ方向に沿って相
互に略半ピッチP/2ずつ、切欠き部Cを形成するよう
に位置をずらして構成されたオフセットフィン型インナ
ーフィンである。フィン壁面はフィン長さlごとに切欠
き部Cを介して断続して形成されている。インナーフィ
ンの素材は板厚0.15〜0.2mm程度の通常アルミ板材
を用いるのが好ましくフィン表面には粗面加工が施され
ている。
【0016】図4はフィン表面の表面粗さの測定結果を
示したもので、縦寸法を一千倍に、横寸法を50倍に拡
大した表面粗さを示している。アルミフィン材の表面に
圧延加工により例えば10μm程度の表面粗さに粗面加
工した場合のフィン表面の粗さを示している。圧延加工
は転写ロールの表面に、まず径の大きい金属のかたまり
を吹き付けて粗い凸凹を形成し、その上に径の小さい金
属粉を吹き付けて所定の粗さ面を形成し、このロール表
面をフィン素材の表面に押圧して凸凹を転写することに
より加工する。粗面加工方法はこの他に、アルミフィン
材の表面に直接ショットブラスト加工する方法や所定の
酸などの化学液でフィン素材の表面を溶かして加工する
化学的エッチング加工法などによってもよい。
【0017】次に本実施例の動作について説明する。気
液2相冷媒Bは、入口パイプ10より空気下流側に位置
する入口ヘッダタンク4a内に流入し、これに連通して
多数並列に配置されている偏平伝熱管1の空気下流側冷
媒流路2b内に分岐流入する。冷媒流路2b内に分岐流
入した気液2相冷媒は、冷媒流路2b内に配置されたイ
ンナーフィン3,空気側フィン8を介して空気と熱交換
し液冷媒が蒸発して気相冷媒の割合を増しながらUター
ンして空気入口側冷媒流路2a内に至る。入口側冷媒流
路2a内では、冷媒の蒸発温度と流入空気との温度差が
大きく、熱負荷が大きいのでインナーフィン表面での、
特に前縁効果によって熱伝達率が大きくなるフィン要素
前縁部での液冷媒の蒸発が活発である。このためフィン
要素前縁部での液冷媒が不足しフィン表面が乾こうとす
るが、従来とは違ってフィン表面が粗面化されているの
で、蒸発が活発におこなわれているフィン要素前縁部へ
他の部分からフィン表面の濡れ性による冷媒液膜の拡張
作用によって、次々に液冷媒が供給される。したがっ
て、冷媒液膜の破断現象が抑制されるので図5に示すよ
うに沸騰熱伝達率が大幅に向上する。図5に示す粗面イ
ンナーフィンの沸騰熱伝達率は、熱交換器作動条件を考
慮して蒸発温度を0℃、熱負荷を20kw/m2一定とし
冷媒質量速度Gを70〜200kg/m2s に変えて行
った単管実験で得られたものである。従来のインナーフ
ィンと比較して沸騰熱伝達率が向上しているのが分か
る。
【0018】また液冷媒の蒸発に伴って冷媒中に混入し
ている冷凍機油が油膜となってフィン壁面に発達し流路
を閉塞しようとするが、従来とは違って冷媒流れ方向に
沿ってフィン面が断続して形成されているので、油膜も
分断されて発達しないので流路の閉塞による通路抵抗増
大という問題も生じない。
【0019】
【発明の効果】本発明は、冷媒流れ方向の長さがlで、
流れに直角方向にはフィンピッチPで波形に折り曲げ成
形された複数個のフィン要素からなり、このフィン要素
を流れ方向に沿って相互に略半ピッチP/2ずつ、切欠
き部Cを形成するように位置をずらして構成されたオフ
セットフィン形インサートフィンのフィン表面を粗面加
工しているのでフィン表面の濡れ性が改善され、液冷媒
からなる液膜がフィン表面に沿って拡がり易くなる。し
たがって、従来とは違って熱負荷の高い伝熱管内におけ
るインナーフィン要素前縁部での壁面の乾きが阻止さ
れ、沸騰熱伝達率の大幅な向上が図られる。
【0020】また冷媒流れ方向に沿うフィン壁面が断続
して形成されているので、液冷媒の蒸発に伴ってフィン
壁面に形成される油膜が分断されて発達しないので、粗
面効果によるフィン表面の濡れ性が確保できるととも
に、油膜の発達による流路抵抗の増大などの問題を生じ
ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の積層形熱交換器の斜視図。
【図2】偏平伝熱管を構成する伝熱管板の斜視図。
【図3】インナーフィンの要部斜視図。
【図4】インナーフィン素材平板の表面粗さの測定結果
の説明図。
【図5】本発明による粗面インナーフィンの沸騰熱伝達
率の測定結果の説明図。
【符号の説明】
1…偏平伝熱管、2…流路くぼみ部、3…インナーフィ
ン、C…インナーフィン切欠き部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正和 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 3 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】中間部に流路仕切り用の突起リブを残して
    U字形冷媒流路となるべきくぼみ部とこれに連なる入
    口,出口タンク部を押し出し成形した伝熱管板を2枚組
    み合わせて形成される前記U字形冷媒流路内にインナー
    フィンが介挿固着された偏平伝熱管を、前記偏平伝熱管
    の入口,出口タンク部がそれぞれ連通するように多数積
    層してなる積層形熱交換器に於いて、前記インナーフィ
    ンは、流れに直角方向には所定のピッチで波形に折り曲
    げ成形された複数個のフィン要素からなり、前記フィン
    要素を流れ方向に沿って相互に略半ピッチずつ位置をず
    らす様に構成し、前記インナーフィンの表面を粗面加工
    したことを特徴とする積層形熱交換器。
JP132592A 1992-01-08 1992-01-08 積層形熱交換器 Pending JPH05231792A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1123763A2 (en) * 2000-02-09 2001-08-16 Sanden Corporation Heat exchangers and fins for heat exchangers and methods for manufacturing the same
JP2003021486A (ja) * 2001-07-10 2003-01-24 Denso Corp 熱交換器
JP2007255733A (ja) * 2006-03-20 2007-10-04 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd 熱交換器用伝熱管
JP2013508657A (ja) * 2009-10-23 2013-03-07 フォイト パテント ゲーエムベーハー 熱交換器プレートおよびそれを有する蒸発器

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EP1123763A2 (en) * 2000-02-09 2001-08-16 Sanden Corporation Heat exchangers and fins for heat exchangers and methods for manufacturing the same
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